第四章4节土石坝
4(4).土石坝(第五、六、七节)PPT优秀课件
多用翼墙连接
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一、土石坝对地基的要求
➢控制渗流 ➢控制稳定 ➢控制变形
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常见的土石坝的地基有： 岩基，土基 砂砾石地基 细砂、软粘土和湿陷性黄土地基
1.砂砾石地基的处理
粘性土截水槽 混凝土防渗墙 帷幕灌浆 防渗铺盖 排水减压措施
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2．细砂地基处理
均匀饱和的细砂地基受振动时（遇地震时）极易液 化，必须进行处理。 1)全部挖除:当易液化地基厚度小且范围不广时。 2)振动压密:当挖除困难或很不经济时，可进行振 动压密或重锤夯实，其有效深度在1～2m之间， 如采用重型振动碾，则可达2～3m，压实后土层 可达中密或紧密状态。 3)振冲强夯:当易液化细砂地基厚度较深时，宜采 用振冲(碎石桩)、强夯等方法加密。
第五节 筑坝土料选择与填土标准确定
就地取材是土石坝的主要特点，坝址附近土石 料的种类。料场的分布，储量，开采及运输等 等条件是土石坝设计的重要依据。
筑坝土石料的主要种类：防渗体的防渗料，坝 壳料，反滤料或者过渡料。
对筑坝土料最一般的要求：
1、满足工程要求，如：防渗体要有足够的防渗性能， 坝壳料要有足够的强度，反滤料要有良好的排水性能。 2、满足工程安全和正常运用的要求，抗风化，不漏水 且坝坡稳定 3、满足施工要求，施工过程中易压实。：粘土，壤土等细粒土，红土， 膨胀土，黄土等
2、砾石土防渗料：砾石土或含砾粘土性，是一种 粗粒砾土（粒径大于5mm）大于20%以上的含砾 土，粘土质砾，人工掺配的砾石土。，也含有一 定数量的细粒土（粒径小于0.1mm）的混合料。
3、填筑标准
粘土土料用压实干容重作为设计指标。
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2、填筑标准 砂砾的压实与级配和压实功有关； 填筑标准应以相对密度为设计控制指标。
土石坝工程
4、粘性土的压实控制含水量至关重要，含水 粘性土的压实控制含水量至关重要， 量过小，土粒间的磨阻力和粘结力较大， 量过小，土粒间的磨阻力和粘结力较大，难以 压实；含水量过大， 压实；含水量过大，土粒孔隙中就会出现自由 产生孔隙水压力，压实效果不好。 水，产生孔隙水压力，压实效果不好。在一定 压实功能下，粘性土只有在某一特定含水量时， 压实功能下，粘性土只有在某一特定含水量时， 才能取得最好的压实效果，即最大干容重， 才能取得最好的压实效果，即最大干容重，这 一特定含水量就是最优含水量。 一特定含水量就是最优含水量。最优含水量确 定后，施工中要严格按此控制，土料过湿， 定后，施工中要严格按此控制，土料过湿，应 翻晒凉干，土料过干，应洒水湿润。 翻晒凉干，土料过干，应洒水湿润。 对于砂性土， 5、对于砂性土，加水能明显降低土粒之间相 对移动时的磨阻力，它透水性好，排水容易， 对移动时的磨阻力，它透水性好，排水容易， 压实时不会形成明显的孔隙水压力， 压实时不会形成明显的孔隙水压力，因此不存 在最优含水量的问题， 在最优含水量的问题，压实时可以大量洒水灌 以提高压实效果。 水，以提高压实效果。
夯实机械： 利用冲击力压实土方的一类机械。主要使用于 碾压机械难以施工的狭窄部位土方的压实。 1)蛙式打夯机：由电动机带动偏心块旋转，在 1)蛙式打夯机：由电动机带动偏心块旋转，在 不平衡离心力作用下使夯头上下跳动。 2)挖土机夯板：用钢索悬吊一个铸铁制成的原 2)挖土机夯板：用钢索悬吊一个铸铁制成的原 形或方形夯板。一般用起重机或正铲挖掘机改 装。夯板底面积1左右，重1~2吨，落距3~4m， 装。夯板底面积1左右，重1~2吨，落距3~4m， 铺土厚度50~60mm，夯打3 铺土厚度50~60mm，夯打3—4遍即可。 3)强夯机：工作原理与挖土机夯板相同，只是 3)强夯机：工作原理与挖土机夯板相同，只是 夯块更重（一般10~40吨）落距更大（一般 夯块更重（一般10~40吨）落距更大（一般 10~40米）压实影响深度能达4~5米。因此压实 10~40米）压实影响深度能达4~5米。因此压实 效果好，生产效率高，最适宜杂填土地基、软 土地基等。但产生较大的噪声。
土石坝施工的基本知识
本章重点：土石坝施工的挖运机械及 施工方案
本章难点：土料压实的机理――最优 含水量
增加内容：面板材料坝的施工 结合讲课安排2～3次录象教学
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§4－1 土石坝施工概述
一、土石坝的施工特点
1、土石坝建设方兴未艾的原因
①地质条件好的坝址已开发殆尽， 余下的只好建土石坝
4、非粘性土及石料
非粘性土的压实试验因与含水量无关，所以只作出n－D －h关系曲线，再确定……最佳值。 石料的压实试验（从略）
四、压实机械
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1、羊脚辗 P109图4－10
n羊—足插正接入压触足力应数＋力，挤：压n1A+力n—2＋—单揉插位压入是力排面两积适边，用排ma于数x 粘A性[n土Q (12掘(n重1 ) n2)]
从环境上来看，土石坝基本上不破坏生态。
3、从施工的角度来看土石坝的缺点（与砼坝相比）
①防渗问题 ②过水问题
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二、土石坝的施工方法
1、水中填土法：常用于修筑土石围堰 2、水力冲填法 3、定向爆破法 4、干填辗压法：施工内容和施工程序如下：
①准备工作：A――地基和岸坡的处理 主要清理：杂草杂树及乱石
对应于设计的γd值可求得n＝a、b、c及
对应的ω%值，并对h1／a、 h2／b、 h3／c
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进行比较，取其最大值――为最经济合理的 单位压实遍数的压实厚度。（试验目的） 上述试验中，h和n的取值应根据经验确定，且它们与压 实机械的功能有关，具体 可参考P114表4－5 由此可见：γd＝ƒ(n，ω%，h，机械种类……)
②土石坝设计和施工技术进步很快 特别是结合面板技术
③省工省料，施工简单（无模板、无温控） ④机械化施工，工期短 ⑤有环境保护方面的优势
土石坝
(四)排水、护坡对土石料的要求
(1)良好的抗水性、抗冻性和抗风化性。 (2)具有一定的强度：抗压强度 ≥50Mpa (3)岩质：不宜用风化料，用新鲜岩石、卵 石、碎石。
(五)反滤料及过渡层土料
(1) 应具有必要的透水性、强度，具有高度的抗水 性和抗风化能力。 (2) 必须具有良好的级配，粒径小于0.1mm的颗 粒含量小于5%，不应含有粒径小于0.05mm的粉 土和粘粒。 (3) 土质：反滤料应尽量采用天然砂砾筛分，也可 用人工碎石。
一般要求Dr不低于0.7～0.75.
非粘性土料的施工合格率要求一般为 80%～85%。
第四节 土石坝的渗流分析
一、渗流的概念：水库蓄水后，由于上下游水位差 的关系，水流会通过坝体土粒之间的空隙从上游向下 游流动。
二、渗流分析的目的：
（1）确定坝体内浸润线的位置； （2）确定坝体及坝基的渗流量，以估算水库的 渗漏损失； （3）确定坝体和坝基渗流逸出区的渗流坡降， 检查产生渗透变形的可能性； （4）为坝体稳定分析和布置观测设备提供依据。
(三) 坝壳对土石料的要求
(1)强度指标Φ、c较大，具有抗震、抗滑稳定性。 (2)排水性能好，k>10^3×k 。→经过防渗体后， 迅速降低浸润线。 (3)有良好级配：级配连续；不均匀系数 Cu=d60/d10≈30～100。 (4)土质：级配良好的无粘性土（砂、砾石、卵石、 碎石等）
3、坝坡坡度
土石坝的坝面坡度取决于坝高、筑坝材料性质、运 用情况、地基条件、施工方法及坝型等因素。 在满足稳定要求的前提下，尽可能使坝坡陡些，以 减小坝体工程量
坝坡坡度选择遵循的规律：
上游坡常缓于下游坝坡。 斜墙坝的上游坡比心墙坝缓，而下游坡比心墙坝陡。
第四章4节土石坝-精品文档
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水布垭面板堆石坝
水布垭枢纽总工期8年，自从2019年正式开工，工程于2019年12月底全 2019/3/13 部竣工。水布垭的面板堆石坝是目前世界上最高的面板堆石坝。
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水 布 垭 水 利 枢 纽 基 本 资 料
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姆里卡水电站位于印度尼西亚爪哇岛中部的塞拉尤 (Serayu)河上。主坝为心墙土石坝，最大坝高110m。
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安徽寿县芍陂(quèbēi)
芍陂陂塘灌溉工程，位于安徽省寿县南。春秋时期楚庄王十六年至
二十三年（公元前 598 年～公元前 591 年）由孙叔敖创建，迄今 2500
多年一直发挥不同程度的灌溉效益。
1959 年，安徽省文化局文物工作队曾在安丰塘越水坝地方，发掘出 一座汉代（公元前 206 年～公元 220 年）水利工程（草土堰）遗址， 伴随出土的有汉代时期铁锤等文物。芍陂灌区面积，在公元4世纪～ 公元13 世纪常见记载，有灌田万顷、灌田五千余顷等说法。自古来 芍陂工程的人为破坏严重，多次受到战争波及，以致到民国年间，
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土石坝概述
一、定义及建设情况 二、结构特点及优缺点
三、组成及设计要求
四、类型及坝型选择
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一、定义及建设情况
定义：
由土、石料等当地材料经抛填、碾压等方法堆筑成 的坝。
土石坝又可分为两大类土坝和堆石坝: 1、土坝：土或砾石(含砾量< 60% ~ 70%) 渗透系数较低 2、堆石坝：块石或砾石(含砾量>60% ~ 70%) 渗透系数较高、砾石起骨架作用 关键：控制坝体强度和稳定的是填土或者堆石
第四节 土石坝的渗流分析
第四节土石坝的渗流分析
一、渗流的概念：水库蓄水后，由于上下游水位差的关系，水流会通过坝体土粒之间的空隙从上游向下游流动。
图6-13 渗流示意图
二、渗流分析的目的：
（1）确定坝体内浸润线的位置；
（2）确定坝体及坝基的渗流量，以估算水库的渗漏损失；
（3）确定坝体和坝基渗流逸出区的渗流坡降，检查产生渗透变形的可能性；
（4）为坝体稳定分析和布置观测设备提供依据。
常用的渗流分析方法：流体力学方法、水力学方法、流网法和试验法。
三、渗流基本方程
土坝渗流为层流，因此满足达西定律(Darcy’s Law), 渗流区内任一点势函数应满足拉普拉斯方程：
k x, k y——分别为x, y方向的渗透系数
对于简单的边界条件，上述方程能解，复杂边界条件，需借助数值方法。
四、渗流的水力学问题
假设: 均质, 层流, 稳定渐变流.
应用达西定律，并假定任一铅直过水断面内各点的渗透坡降相等，对不透水地基上的矩形土体，流过断面上的平均流速为：
单宽流量：
图6-14 不透水地基上矩形土体的渗流计算图
自上游向下游积分：
自上游向区域中某点（x,y）积分，得浸润线方程：
图6-15 土坝浸润线示意图五、流网法
图6-16 流网的绘制。
水利工程施工——土石坝工程
第四章土石坝工程教学目的和要求：本章目的主要是讲解土石坝工程施工的特点，机械化作业的适用性。
要求学生掌握土石坝施工常用技术，了解常用机械以及适用性；运用、分析土石料的特性，选择施工方法和施工机械。
重点与难点：1.料场的规划2.土石坝压实参数的确定和机械的选择3.面板混凝土坝的施工工艺和方法教具与参考：1.水利施工图片2.[1]司兆乐水利水电枢纽施工技术.北京：中国水利水电出版社，2002[2]魏璇. 水利水电工程施工组织设计指南.北京：中国水利水电出版社，1999主要教学方法：1.讨论法 2.讲授法 3.演示法水利水电工程中，土方工程应用非常广泛。
有些水工建筑物，如土坝、土堤、土渠等，几乎全部都是土方工程。
它的基本施工过程是开挖、运输和压实。
可根据实际情况采用人工、机械、爆破或水力冲填等方法施工。
准备作业包括：三通一平、临时实施的建设基本作业包括：料场土石料开采，坝面铺平、压实、质检等土的施工分级的方法很多，在水利工程施工中，根据施工的困难程度，将土壤分为Ⅳ级，见表4-1。
表4-1 土壤的工程分级表二、土壤的工程特性1、表观密度土壤表观密度，就是单位体积土壤的重量。
土壤保持其天然组织、结构和含水量时的表观密度称为自然表观密度。
单位体积湿土的重量称为湿表观密度。
单位体积干土的重量称为干表观密度。
它是体现粘性土密实程度的指标，常用它来控制压实的质量。
2、含水量表示土壤空隙中含水的程度，常用土壤中水的重量与干土重量的百分比表示。
含水量的大小直接影响粘性土压实质量。
3、可松性是自然状态下的土经开挖后因变松散而使体积增大的特性，这种性质称为土的可松性。
土的可松性用可松性系数表示，即：式中：Ｖ２——土经开挖后的松散体积，m³；Ｖ１——土在自然状态下的体积，m³。
土的可松性系数，用于计算土方量、进行土方填挖平衡计算和确定运输工具数量。
各种土的可松性系数见表4-2。
4、自然倾斜角指自然堆积土壤的表面与水平面间所形成的角度，称为土自然倾斜角。
水利工程施工经典教材-第4章-土石坝工程施工
第4章土石坝工程施工土石坝包括各种碾压式土坝、堆石坝和土石混合坝，是一种充分利用当地材料的坝型。
分类（根据施工方法的不同）干填碾压、水中填土、水力冲填(包括水坠坝）和定向爆破修筑等。
碾石式土石坝的施工包括准备作业、基本作业、辅助作业和附加作业.准备作业：三通一平，架设通讯线路，修建生产、生活、办公用房、排水清基等。
基本作业：料场土石料开采，挖、装、运、卸和坝面铺平、压实、质检.辅助作业：清除施工场地及料场的覆盖，从上坝土料中剔除超径石块、杂物,坝面排水、层间刨毛和加水等。
附加作业：坝坡修整，铺砌护面块石及铺植草皮等。
第一节坝体材料与料场规划一、土石坝筑坝材料及其要求在选坝阶段应从空间与时间、质与量等方面进行全面规划。
料场土料的储量一般要求是设计工程量的1.5～2。
0倍，并要求提供备用料场. 粘性土料采用钻探或坑探取样。
砾类土用坑探取样，布孔间距50～100m。
防渗料的勘探要仔细按深度查明天然含水量. 堆石料的勘探可以采用钻探及洞探。
⒈防渗料防渗的土料最基本的要求：防渗性：渗透系数不大于l×10—5cm/s时，一般即可满足要求。
施工性：土料的天然含水量在最优含水量附近，无影响压实的超径材料，压实后的坝面有较高的承载力。
⒉坝壳料工程实践中，堆石、砂砾石及风化料等均可作为坝壳料。
堆石：按其型式可分为抛填、分层碾压、手工干砌石、机械干砌石等;按其材料及来源可分为采石场玄武岩、变质安山岩、砂岩、砾岩、采石场花岗岩、片麻岩、石灰岩、冲击的漂卵石、石渣料等。
堆石是最好的筑坝材料，现广泛用于高土石坝的坝壳料.砂砾石：碾压砂砾石压缩性低，抗剪强度高,但易冲蚀、易管涌。
风化料：属于抗压强度小于30MPa的软岩类，往往存在湿陷问题。
⒊反滤料和过渡料反滤料一般要满足坚固度要求,应尽量避免用纯砂做反滤料.二、料场规划的原则料场的合理规划与使用关系到坝体的施工质量、工期和工程投资，而且还会影响道工程的生态环境和国民经济其他部门。
(水利水电工程概论课件)第4章4节土石坝
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水 布 垭 水 利 枢 纽 基 本 资 料
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姆里卡水电站位于印度尼西亚爪哇岛中部的塞拉尤 (Serayu)河上。主坝为心墙土石坝，最大坝高110m。
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西北口面板堆石坝
西北口面板堆石坝作为“七五”国家重点科技攻关的试验坝，结合实际工程做 了大量科研工作，并用之于工程实际。1988年4月23日至26日浇筑第一块面板 试验块，获得成功，随后将此项成果移交给施工单位，在1989年3-6月份浇筑 其余各块，却出现严重裂缝事故，基本上呈水平走向，贯穿整个面板条块。当 时引起一些人对面板坝的疑虑，甚至有的面板坝工程提出更改坝型的问题，影 响了面板坝的声誉。经过多次调查分析论证，认为其主要原因是原材料使用不 当，202施0/7/工8 工艺不严格，以及未及时养护等，只要认真对待，还是可以解决的16 。
为此，应设置防渗和排水措施，以减少水库的渗漏损失
和保证坝坡的稳定性。
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2．土石坝的局部失稳定破坏形式
土石坝是松散的土石料填筑，坝体剖面需要做成 上、下游边坡较平缓的梯形断面。
由于由松散颗粒组成，其失稳是以局部坝坡坍塌 的形式出现。
当坝坡太陡或土体的抗剪强度指标较小时，在渗 透压力和土体上部重力的作用下，局部坝坡土体 （包括坝基土体）将向坡外滑移，简称滑坡。
明代嘉靖十五年（公元1536年）加高堰（坝）顶1尺，清代咸丰 七年（公元1857年）曾进行较大修治。公元1914年清理堰上淤积， 使水道通畅。1987年定为全国重点保护文物。
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它山堰 6
4-12 土石坝工程
正向铲工作中
反铲：多用于开挖停机面以下的土方
反铲工作示意图
索铲工作示意图
抓铲工作示意图
偏转动臂，即 动臂与机身连 接处配置具有 最大化偏转角 的动臂偏转机 构，拓展了机 器的应用范围。 无需移动机器 位置，即可进 行前方左右两 边的作业，大 大提高了工作 效率，降低了 劳动强度。
卡特CAT重工6吨级偏转动臂型小挖
四川邦立重机有限责任公司CED1000-6电动液压挖掘机
2. 多斗式挖掘机
斗轮式挖掘机是陆上使用较普遍的一种多斗连 续式挖掘机，如图4-3所示。它的生产率很高。
世界上最大的挖掘机，95米高，215米长，重4.5万吨，德国制造，设计制造时间 长达五年，造价10亿美元，需要五人进行操作，铲斗斗轮的直径20多米，共有20 个铲斗，每个铲斗的容积为15m3，挖土机依靠12条履带（宽3.65米）前进，八个 在前，四个在后，挖土机的最快速度为三小时1.6公里。
块石料的开采一般是结合建筑物开挖或由石料
场开采，开采的布置要形成多工作面流水作业方式。 开采方法一般采用深孔梯段爆破，除非为了特定的 目的才使用洞室爆破。 4．超径料的处理 超径块石料的处理方法，主要有浅孔爆破法和 机械破碎法两种。
机械破碎法是采用风动和振动破石、锤击破碎
或利用重锤下落破碎超径块石。
世界上最大的挖掘机
4.2.2.2 挖运组合机械
是能同时完成开挖、运输、卸土和铺土任务的
土方施工机械，主要有推土机、铲运机、装载机。
1. 推土机
用于平整场地、开挖基坑、推平填方、堆积土
料、回填沟槽等，理想运距不宜超过60～100m。挖
深不宜大于1.5～2.0m，填高不宜大于2～3m。
2. 铲运机
V K a K （压实方m3/d） 上坝强度 QD TK1
碾压式土坝施工
3）辅助作业：清除施工场地及料场的覆 盖，从上坝土料中剔除超径石块、杂物， 坝面排水、层间刨毛和加水等。 4）附加作业：防护及整理、坝坡整理、 植草皮。
第一节
土石料场规划
土石坝的土石料用量很大 ，为了保证 质量、节约投资，加快施工进度，有必要 从空间、时间，质与量等方面进行全面的 规划。 一、土石坝筑坝材料及其要求 料场土料的储量一般要求是设计工程 量的1.5～2.0倍，并要求提供备用料场。
2 、土方机械的选择
2.1 土方机械选择的原则
施工机械的选择应与施工内容相适应； 土方施工机械的选择与工程实际情况相结合； 主导施工机械确定后，要合理配备完成其他
辅助施工过程的机械； 选择土方施工机械要考虑其他施工方法，辅 助土方机械化施工
2.2 土方开挖方式与机械选择 (1) 平整场地常由土方的开挖、运输、填
• 正向挖土，侧向卸土(图1.26(b)) • 正向挖土，反向卸土(图1.26(a))
(2) 反铲挖土机 – 反铲挖土机的工作特点是机械后退行驶，铲 斗由上而下强制切土，用于开挖停机面以下 的一至三类土，适用于挖掘深度不大于4m 的基坑、基槽、管沟，也适用湿土、含水量 较大的及地下水位以下的土壤开挖。 – 反铲挖土机的开行方式有沟端开挖和沟侧开 挖两种。
筑和压实等工序完成。
– 地势较平坦、含水量适中的大面积平整场地， 选用铲运机较适宜。 – 地形起伏较大，挖方、填方量大且集中的平 整场地，运距在1000m以上时，可选择正铲 挖土机配合自卸车进行挖土、运土，在填方 区配备推土机平整及压路机碾压施工。 – 挖填方高度均不大，运距在60～100m以内 时，采用推土机施工，灵活、经济。
⒊反滤料和过渡料 反滤料一般要满足坚固度要求，应尽量 避免用纯砂做反滤料。
土石坝(第四节：稳定分析)
折线滑动面：非粘性土坝部分浸水时滑动面常 常是折线滑动面。 非粘性土石坝的坝坡-心墙坝的上、下游坝坡， 斜墙坝的下游坝坡以及上游保护层连同斜墙的 滑动常形成折线滑动面。
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常采用滑楔间作用 力平行滑动面假定
1
1
P1 K W1 cos 1tg1 W1 sin1
tg2 K
W2
cos 2
有效应力法:把孔隙压力作为外荷载计算，土的抗 剪强度指标采用有效强度指标 φ’,c’。
τ c (σ u)tg
4、地震荷载：同重力坝。
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荷载组合（计算工况） 正常运用情况：
1.水库蓄满水时（正常蓄水位或设计洪水位） 下游坝坡的计算。 2.上游库水位最不利时上游坝坡稳定计算。
3.库水位正常降落，上游坝坡的稳定计算。
渗透动水压力可用流网法求得，但总的渗透动水压 力需将各网格的渗透动水压力按向量求和，比较繁 琐，在工程中常采用替代法。
K bi (h1i 'h2i cositg'i ci 'li bi (h1i mh2i )sini
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最危险圆弧位置的确定
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2、折线滑动法 直线滑动面：非粘性土坝完全浸水或者不浸水 时滑动面常常是平面。
tg2 K
P1
sin(1
2 )
W2
sin2
P1
cos(1
2 )
P1 W1 sin1 W1 cos 1tg1
2
K P1 sin(1 2 )tg2 W2 cos2tg2
P1 cos(1 2 ) W2 sin 2
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斜墙坝上游坝坡的稳定计算
最危险滑动面位置的确定
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3、复合滑动面法
k
第四章土石坝工程
土石坝工程
土石坝是一种当地材料坝。随着大 型高效的施工机械的使用，施工条件改 善，施工人员减少，施工工期缩短，施 工费用降低。土石坝的应用越来越广泛。
1980年至2000年
天生桥一级 小浪底水库 乌鲁瓦提 浙江珊溪 面板堆石坝 土石坝 面板堆石坝 面板堆石坝 102.6m 154 m 138 m 130 m
QT t n q(T1 T2 )
式中，QT—运输强度（每台班需运输的总方量），m3。 q—运输工具装载的有效方量，m3； T1—一台班的时间，min； T2—一台班内运输工具的非工作时间，min； t — 运输工具周转一次所需时间，min 。
带式运输机的生产率P (m3/h)
P 3600 KB2vK B K H K p K d K0
第一节 土石料场规划
第二节 土石坝的综合机械化施工
第三节 坝面作业
第四节
第五节 第六节
土石坝施工的质量控制
面板堆石坝施工 土石坝的冬雨季施工
第一节
土石料场规划
土石坝是用土料和石料堆砌起来的， 所以，土石料的用量很大。 在选坝阶段，就应对土石料场进行全 面调查，深入勘察，从空间、时间、质和 量等方面进行规划。
廿 一 世 纪
瀑布沟 水布垭 苗家坝 洪家渡 心墙堆石坝 面板堆石坝 心墙堆石坝 面板堆石坝 186 227 263 182 m m m m
根据施工方法的不同，土石坝可分为 干填碾压、水中填土、水力冲填和定向爆 破等类型。 碾压式土石坝的施工，包括准备作业， 基本作业，辅助作业和附加作业。
准备作业：‚一平三通‛指平整场地、通 车、通水、通电；架设通讯线路；建房 （生产、办公、福利用房）；排水清 基。 基本作业：土石料开采；挖、装、运、卸； 坝面铺平、压实、质检。 辅助作业：清除施工场地和料场的覆盖； 从上坝土料中剔除超径石块、杂物；坝 面排水；层间刨毛和加水。 附加作业：坝坡修整、铺砌护面石块；铺 植草皮。
第4章土石坝工程_水利工程施工
（1）防渗性
• 渗透系数不大于l×10-5cm/s时，一般即可满足要求 ；同时还有 抗剪强度、渗流稳定性、变形性能、压缩性能、可溶盐和有 机物的含量等指标。 （2）施工性 • 土料的天然含水量在最优含水量附近，无影响压实的超径材 料，压实后的坝面有较高的承载力。
一、土石坝筑坝材料及其要求 2、坝壳料 堆石、砂砾石及风化料等均可作为坝壳料。
水坠坝(earth dam by sluicing siltation method)
水坠坝是水力冲填坝的一种，亦称为自流式水力冲 填坝。 水力冲填坝的一种。引水入高于坝顶的土料场中， 水土混合后，经顺坡渠道急流而下，在流动过程中 拌合均匀成为泥浆，并进入坝体的冲填池中脱水固 结，然后土体逐渐密实成坝。土料必须遇水崩解， 故只能在黄土地区修建中小型工程中运用。为中国 根据水力冲填坝原理所创造的，其优点可节省劳力、 投资，施工方法简便。在华北、西北地区已用此法 筑坝5000余座．最大坝高达52m。
二、料场规划 1.空间规划
对料场的位置、高程的恰当选择，合理布置。
2.时间规划
考虑施工强度和坝体填筑部位的变化，随着季 节及坝前蓄水情况的变动，料场的工作条件也 在变化。
二、料场规划 3. 质与量的规划
料场的质量和数量应满足要求。
各种不同坝料的质量指标达到要求；料场的总储
第二节 土石料的开挖与运输施工
土石坝工程施工包括挖、运、填、压等 多道工序和相匹配的工程机械来完成。土石 料的开挖与运输是一个非常重要的环节。
第二节 土石料的开挖与运输施工
一、土石料的开采与加工
二、挖运机械
三、挖运强度和挖运机械数量的确定 四、综合机械化施工 五、土石料开挖运输方案
第四章 土石坝工程(定稿)——工程施工课件PPT
1．低料低用，高料高用； 2．易于排除地面水和地下水； 3．坝的上下游、左右岸最好都选有料场； 4．近料场不应因取料影响坝的防渗稳定和上坝运输。
黄景忠
时间规划
1．近料先用，远料后用； 2．上游易淹的料场先用，下游不易淹的料场后用； 3．含水量高的料场旱季用，含水量低的料场雨季用； 4．上坝强度高时用近料场，低时用较远的料场。
黄景忠
• 质与量的规划
• 主要料场和备用料场之分， 质好、量大、运距近，且
有利于常年开采；
• 通常在淹没区外，做备用料场。
黄景忠
• 质与量的规划
• 施工前规划料场的实际可开采的总量时，应考虑料场
调查精度，料场天然容重与坝面压实容重的差值，以 及开挖与运输、雨后坝面清理、坝面返工及削坡等损 失。
• 其与坝体填筑数量的比例一般为:土料2-2.5;砂砾料
黄景忠
•
2． 多斗式挖掘机
•
多斗挖掘机是有多个铲土斗的挖掘机械，它能够 连续地挖土，是一种连续工作的挖掘机械，按其工作 方式不同，分为链斗式和斗轮式两种。
黄景忠
图 斗轮式挖掘机（单位：mm） 1—斗轮；2—升降机构；3—司机室；4—中心料仓； 5—卸料皮带机6—双槽卸料斗；7—动力装置；8—履带； 9—转台；10—受料皮带机；11—斗轮臂
黄景忠
• 4．超径处理 •
超径块石料的处理方法主要有浅孔爆破法和机械破 碎法两种。
浅孔爆破法：指采用手持式风动凿岩机对超径石进 行钻孔爆破。
机械破碎法：指采用风动和振冲破石、锤击破碎超 径块石，也可利用吊车起吊重锤，利用重锤自由下落 破碎超径块石。
黄景忠
• 二、挖运机械 • （一） 挖掘机械 • 1． 单斗式挖掘机
黄景忠
第四章土石坝工程
第四章土石坝工程第四章土石坝工程本章重点：①料场规划内容和选用的原则；②土方工程挖运机械的类型及适用条件；③挖运机械配套方案的选择与计算；④坝面作业有的关问题；⑤土石坝施工的质量控制。
其中④、⑤是本章的重点和难点。
第一节土石料场的规划本节重点了解料场规划的内容和选用的基本原则。
料场的规划分为时间上的规划、空间上的规划、质与量的规划等。
一、时间上的规划所谓时间规划,就是要考虑施工强度和坝体填筑部位的变化。
随着季节及坝前蓄水情况的变化,料场的工作条件也在变化。
在用料规划上应力求做到上坝强度高时用近料场,低时用较远的料场,使运输任务比较均衡。
对近料和上游易淹的料场应先用,远料和下游不易淹的料场后用；含水量高的料场旱季用,含水量低的料场雨季用。
在料场使用规划中,还一部分近料场供合龙段填筑和拦洪渡汛高峰强度时使用。
此外,还应对时间和空间否则会产生事与愿违的后果。
二、空间上的规划所谓空间规划,系指对料场位置、高程的恰当选择,合理布置。
土石料的上坝运距尽可能短些,高程上有利于重车下坡,减少运输机械功率的消耗。
近料场不应因取料影响坝的防渗稳定和上坝运输；也不应使道路坡度过陡引起运输事故。
坝的上下游、左右岸最好都选有料场,这样有利于上下游左右岸同时供料,减少施工干扰,保证坝体均衡上升。
用料时原则上应低料低用,高料高用,当高料场储量有余裕时,亦可高料低用。
同时料场的位置应有利于布置开采设备、交通及排水通畅。
对石料场尚应考虑与重要建筑物、构筑物、机械设备等保持足够的防爆、防震安全距离。
三、质与量上的规划料场质与量的规划,是料场规划最基本的要求,也是决定料场取舍的重要因素。
在选择和规划使用料场时,应对料场的地质成因、产状、埋深、储量以及各种物理力学指标进行全面勘探和试验。
勘探精度应随设计深度加深而提高。
在施工组织设计中,进行用料规划,不仅应使料场的总储量满足坝体总方量的要求,而且应满足施工各个阶段最大上坝强度的要求。
料尽其用,充分利用永久和临时建筑物基础开挖碴料是土石坝料场规划的又一重要原则。
第4章 4节土石坝
排水设备的作用是安全地排除渗透水，增强下游坝坡的稳定性；
护坡的作用是防止波浪、冰层、温度变化、雨水和水流等对坝 坡的破坏。
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坝体结构图
护坡
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排水设备
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206座土石坝事故原因分析
破坏原因 洪水漫顶 渗透破坏 沿管道渗漏 滑坡 护坡 其它 原因不明
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建设情况：
历史最悠久，数量最多。中国最早的土石坝出现在公 元前600多年，我国开始填筑土堤，防御洪水，蓄水兴利。 如：安徽芍陂(quèbēi) 、浙江海塘等。
解放后至今，我国内已建成的八万多座水坝，土石坝 约占90%左右。
国际上：古印度、古埃及等，也很早开始修建土坝。
土石是水利工程建设中最被广泛利用的当地材料，这 不仅有利于群众性施工，而且随着大型高效施工机具的采 用，施工人数大幅度减少，施工工期缩短，施工费用大大 降低。因此，在国内外水利工程建设中，绝大多数堤坝均 土石材料填筑。
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安徽寿县芍陂(quèbēi)
芍陂陂塘灌溉工程，位于安徽省寿县南。春秋时期楚庄王十六年至 二十三年（公元前598年～公元前591年）由孙叔敖创建，迄今2500 多年一直发挥不同程度的灌溉效益。
1959年，安徽省文化局文物工作队曾在安丰塘越水坝地方，发掘出 一座汉代（公元前206年～公元220年）水利工程（草土堰）遗址， 伴随出土的有汉代时期铁锤等文物。芍陂灌区面积，在公元4世纪～ 公元13世纪常见记载，有灌田万顷、灌田五千余顷等说法。自古来 芍陂工程的人为破坏严重，多次受到战争波及，以致到民国年间， 芍陂灌溉效益越来越低，1949年实灌面积仅8万多亩。
水利水电工程概论4节土石坝
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浙江省鄞(yín)县它山堰
它山堰是甬江支流鄞江上修建的御咸蓄淡引水灌溉枢纽工程。 位于浙江省宁波市西南，唐代大和七年（公元833年）由县令王 元玮创建。
筑堰前，海潮可沿江上溯章溪，因海水倒灌使耕田卤化，城市用 水困难。在鄞江上游出山处的四明山与它山之间，用条石砌筑一 座上下各36级的拦河溢流坝。这座坝平时可以下挡咸潮，上蓄溪 水，供鄞西平原七乡数千顷农田灌溉，并通过南塘河供宁波城使 用。为防止洪水涌入城市。宋代（公元960年～公元1279年）至 清代（公元1644年～公元1911年）时都对工程进行维修。
明代嘉靖十五年（公元1536年）加高堰（坝）顶1尺，清代咸丰 七年（公元1857年）曾进行较大修治。公元1914年清理堰上淤积， 使水道通畅。1987年定为全国重点保护文物。
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它山堰 5
特别是最近十几年以来，随着大型高效的土石方 施工机械的采用，岩土力学理论和电子计算机技术在 土石坝设计中的广泛使用，为建筑高土石坝提供了有 利条件，土石坝得到了飞跃发展，成为当今世界上坝 体高度最高、应用最广泛的坝型。
目前世界上最高的水坝为塔吉克斯坦的罗贡土石 坝，坝高335m。
我国已建的最高土石坝为小浪底土石坝，坝高 154m，在建的水布垭面板堆石坝高达233m。在本世纪， 我国将发展更高的土石坝。
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全世界高坝中土石坝的比例变化
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各种坝型建设情况
2020/5/2Biblioteka 8南美 印 度 629
一、定义及建设情况
定义： 由土、石料等当地材料经抛填、碾压等方法堆筑成
的坝。 土石坝又可分为两大类土坝和堆石坝: 1、土坝：土或砾石(含砾量< 60% ~ 70%) 渗透系数较低 2、堆石坝：块石或砾石(含砾量>60% ~ 70%) 渗透系数较高、砾石起骨架作用 关键：控制坝体强度和稳定的是填土或者堆石
土石坝
第四章土石坝第一节概述 (1)第二节土石坝的基本剖面 (3)第三节土石坝的渗流分析 (6)第四节土石坝的稳定分析 (14)第五节筑坝材料选择与填筑标准 (22)第六节土石坝的构造 (24)第七节土石坝的地基处理 (29)第八节土石坝与坝基、岸坡及其它建筑物的连接 (34)第九节堆石坝 (36)第十节土石坝的运用管理 (39)第一节概述●土石坝是指由当地土料、石料或混合料，经过抛填、辗压方法堆筑成的挡水坝。
●土坝当坝体材料以土和砂砾为主时，称土坝；●堆石坝以石渣、卵石、爆破石料为主时，称堆石坝；●土石混合坝当两类材料均占相当比例时，称土石混合坝。
由于筑坝材料主要来自坝区，因而也称当地材料坝。
土石坝得以广泛应用和发展的主要原因是：（1）可以就地取材，节约大量水泥、木材和钢材，几乎任何土石料均可筑坝。
（2）能适应各种不同的地形、地质和气候条件。
（3）大功率、多功能、高效率施工机械的发展，提高了土石坝的施工质量，加快了进度，降低了造价，促进了高土石坝建设的发展。
（4）岩土力学理论、试验手段和计算技术的发展，提高了大坝分析计算的水平，加快了设计进度，进一步保障了大坝设计的安全可靠性。
（5）高边坡、地下工程结构、高速水流消能防冲等设计和施工技术的综合发展，对加速土石坝的建设和推广也起了重要的促进作用。
一、土石坝的特点和设计要求分析土石坝的四大问题（1）稳定方面。
土石坝不会产生水平整体滑动。
土石坝失稳的形式，主要是坝坡的滑动或坝坡连同部分坝基一起滑动。
（2）渗流方面。
土石坝挡水后，在坝体内形成由上游向下游的渗流。
渗流不仅使水库损失水量,还易引起管涌、流土等渗透变形。
坝体内渗流的水面线叫做浸润线。
浸润线以下的土料承受着渗透动水压力，并使土的内磨擦角和粘结力减小，对坝坡稳定不利。
（3）冲刷方面。
土石坝为散粒体结构，抗冲能力很低；工程措施：①在土石坝上下游坝坡设置护坡，坝顶及下游坝面布置排水措施，以免风浪、雨水及气温变化带来有害影响；②坝顶在最高库水位以上要留一定的超高，以防止洪水漫过坝顶造成事故；③布置泄水建筑物时，注意进出口离坝坡要有一定距离，以免泄水时对坝坡产生淘刷。
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为此，应设置防渗和排水措施，以减少水库的渗漏损失
和保证坝坡的稳定性。
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2．土石坝的局部失稳定破坏形式
土石坝是松散的土石料填筑，坝体剖面需要做成 上、下游边坡较平缓的梯形断面。
由于由松散颗粒组成，其失稳是以局部坝坡坍塌 的形式出现。
当坝坡太陡或土体的抗剪强度指标较小时，在渗 透压力和土体上部重力的作用下，局部坝坡土体 （包括坝基土体）将向坡外滑移，简称滑坡。
§1 土石坝概述
一、定义及建设情况 二、结构特点及优缺点 三、组成及设计要求 四、类型及坝型选择
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一、定义及建设情况
定义： 由土、石料等当地材料经抛填、碾压等方法堆筑成
的坝。 土石坝又可分为两大类土坝和堆石坝: 1、土坝：土或砾石(含砾量< 60% ~ 70%) 渗透系数较低 2、堆石坝：块石或砾石(含砾量>60% ~ 70%) 渗透系数较高、砾石起骨架作用 关键：控制坝体强度和稳定的是填土或者堆石
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•定向爆破堆石坝:
这种坝型是在坝肩山体的预定位置开挖洞室，埋 放炸药，引爆后使土石料按照物体平抛运动的轨 迹抛到预定的设计位置，完成大部分坝体填筑， 再经过加高修复而形成的坝型。
这种筑坝方法由于爆破力很大，可能造成坝址附 近地质构造破坏等方面问题，因而，一般采用较 少。我国已建成这种土坝或堆石坝约有40余座， 最高的有陕西石砭峪水库大坝，坝高82.5m，广 东乳源南水电站的主坝，坝高81.3m。
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碾压式土石坝： 按土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料 种类分为： 均质坝； •土质防渗体分区坝（土质心墙坝、土质斜 墙坝、多种土质坝）； •非土质材料防渗体坝（人工材料心墙坝、 人工材料面板坝）。
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坝身的绝大部分由一种主料筑成，整个剖面起防渗和稳定
作用。低坝多采用均质坝。
我国西北地区创造的水坠坝与这种坝型的施工原理相 似，其料场位于坝顶高程以上的山体，泥浆输送是利 用浆液的重量经沟渠自流到坝面，因而有学者也把水 坠坝归类为水力冲填坝。这种坝型因施工质量难以保 证应用较少。
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•水中填土坝:
水中填土坝是将易于崩解的土料分层倒 入静水中，依靠土体自身重量和运输工 具压实而成。施工时，一般在施工仓面 上用堤埝围埂分格，并在格中灌水倒土 逐层填筑。
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3、根据现场条件选择好土石料的种类、坝的 结构以及各种土石料在坝体内的配置，选择 好坝体各部分的填筑压实标准，达到技术经 济合理性；
4、具有足够的泄洪能力，坝顶在洪水位以上 要有足够的安全超高，以防洪水漫顶，造成 大坝失事。
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5、适当的构造措施，使坝运用可靠、耐久。
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江西东津 88.5m
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兴山古洞口 118m
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二、土石坝的工作特点
1．坝体、坝基的透水性
挡水时：由于上、下游水位差的作用，水将经坝体和坝 基的颗粒孔隙向下游渗透。
1）使水库的水量大量流失；
2）而且还会引起坝体或坝基产生管涌、流土等渗透变 形，导致溃坝事故。以坝体浸润线为界，线上的土为非 饱和状态，线下土体则呈饱和状态。饱和土体，其抗剪 强度指标也将相应降低，对坝坡稳定不利。
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浙江省鄞(yín)县它山堰
它山堰是甬江支流鄞江上修建的御咸蓄淡引水灌溉枢纽工程。 位于浙江省宁波市西南，唐代大和七年（公元833年）由县令王 元玮创建。
筑堰前，海潮可沿江上溯章溪，因海水倒灌使耕田卤化，城市用 水困难。在鄞江上游出山处的四明山与它山之间，用条石砌筑一 座上下各36级的拦河溢流坝。这座坝平时可以下挡咸潮，上蓄溪 水，供鄞西平原七乡数千顷农田灌溉，并通过南塘河供宁波城使 用。为防止洪水涌入城市。宋代（公元960年～公元1279年）至 清代（公元1644年～公元1911年）时都对工程进行维修。
压缩的。
尽管在筑坝时要求分层填筑、逐层压实，但坝体
的沉陷仍然是不可避免的。当坝基为土基时，沉
陷值将更大。
过大的沉陷将会降低坝顶的设计高程；而不均匀
的沉陷将使坝体产生纵向、横向和各种走向的裂
缝，危及坝身安全。观测资料表明，竣工后的坝
体沉陷仍可达到坝高的0.5%～1.0%左右。
因此，在设计坝顶高程时应适当考虑预留沉陷
为了保持坝坡稳定，需设置较平缓的上、下游坝 坡。因此，应根据地形、地质条件和筑坝材料等 因素选择适宜的坡。
2使021/1坝/25 体：保证安全稳定、经济合理。
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3．抗冲性能差
坝体材料是松散的颗粒：
❖ 当洪水漫过坝顶时，水流必然会携带土粒流 失，从而引起坝体局部破坏或整体溃决。
例如，1975年8月，我国淮河上游两座土坝，因
目前世界上最高的水坝为塔吉克斯坦的罗贡土石 坝，坝高335m。
我国已建的最高土石坝为小浪底土石坝，坝高 154m，在建的水布垭面板堆石坝高达233m。在本世纪， 我国将发展更高的土石坝。
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全世界高坝中土石坝的比例变化
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各种坝型建设情况
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缺点： 1、坝身一般不能溢流，需另设溢洪道； 2、施工导流不如混凝土坝方便； 3、对防渗要求高，因为剖面大，所以填 筑量大而且施工容易受季节影响 。
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四、土石坝组成及设计要求
1、土石坝组成
坝身
防渗体
排水设备
护坡
坝身是土石坝的主体，坝的稳定主要靠它维持； 防渗体的作用是防止渗透破坏和减少渗透水量；
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建设情况：
历史最悠久，数量最多。中国最早的土石坝出现在公 元前600多年，我国开始填筑土堤，防御洪水，蓄水兴利。 如：安徽芍陂(quèbēi) 、浙江海塘等。
解放后至今，我国内已建成的八万多座水坝，土石坝 约占90%左右。
国际上：古印度、古埃及等，也很早开始修建土坝。
土石是水利工程建设中最被广泛利用的当地材料，这 不仅有利于群众性施工，而且随着大型高效施工机具的采 用，施工人数大幅度减少，施工工期缩短，施工费用大大 降低。因此，在国内外水利工程建设中，绝大多数堤坝均 土石材料填筑。
近二十多年来，随着大型碾压机械的采用，使得 这种坝型得到最广泛的应用。本章将重点介绍这 种坝型的设计。
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振动碾
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坝面碾压
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•冲填式土石坝:
水力冲填坝是利用水力和简易的水力机械完成土料开 采、运输和填筑等主要工序而筑成的坝型。具体地说， 是用高压水枪驱动高压水流向料场的土料喷射冲击， 使之成为泥浆，然后通过泥浆泵和输浆管把浆液输送 到坝体预定位置分层淤积、沉淀、排水和固结后形成 的坝型。
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2、设计基本要求：
1）具有足够的断面维持坝坡的稳定。 边坡稳定和坝基稳定是土石坝安全的基本保证。 施工期、水库水位降落以及地震作用在坝坡的荷 载和土石料的抗剪强度指标都将发生变化，应分 别计算。
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2、设置良好的防渗和排水设施以控制渗流。
土石坝挡水后，坝体内形成渗流，饱和区土石料 承受上浮力，减轻了抵抗滑动的有效重量； 浸水后土石料的抗剪强度降低；渗流力可对坝坡 形成不良作用；渗流从坝坡、坝基或河岸逸出时 可能引起管涌、流土等渗流破坏。 设置防渗和排水设施可以控制渗流范围、改变渗 流方向、减小渗流的逸出坡降以增加坝坡、坝基 和河岸的抗滑和抗渗稳定，还有利于减小坝体和 坝基的渗流量。
优点：材料单一，施工简单；
缺点：当坝身材料粘性较大时，雨季或冬季施工较困难。
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42岳城水库ຫໍສະໝຸດ 设地点在河北磁县，所在河流为漳河，控
值— (1.0%)H。
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三、土石坝的优缺点
优点：
（1）筑坝材料可以就地取材，可节省大 量钢材和水泥，免修公路；
（2）较能适应地基变形，对地基的要求 比砼坝要低；
（3）结构简单，工作可靠，便于维修和 加高、扩建；
（4）施工技术简单，工序少，便于组织 机械化快速施工。
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安徽寿县芍陂(quèbēi)
芍陂陂塘灌溉工程，位于安徽省寿县南。春秋时期楚庄王十六年至 二十三年（公元前598年～公元前591年）由孙叔敖创建，迄今2500 多年一直发挥不同程度的灌溉效益。
1959年，安徽省文化局文物工作队曾在安丰塘越水坝地方，发掘出 一座汉代（公元前206年～公元220年）水利工程（草土堰）遗址， 伴随出土的有汉代时期铁锤等文物。芍陂灌区面积，在公元4世纪～ 公元13世纪常见记载，有灌田万顷、灌田五千余顷等说法。自古来 芍陂工程的人为破坏严重，多次受到战争波及，以致到民国年间， 芍陂灌溉效益越来越低，1949年实灌面积仅8万多亩。
在库水位变化范围内，上游坝面应有坚固的护坡， 防止波浪冲击和淘刷； 下游坝坡应能防止雨水的冲刷破坏作用。保护坝 内粘性土料，防止夏季日晒、冬季冻胀等形成裂 缝。对压缩性大的土料应采取工程措施减少沉降 和不均匀沉降，避免裂缝的形成和发展。
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五、类型
分类： •1、按坝高分： •低坝 小于30米 •中坝 30米~70米 •高坝 大于70米
排水设备的作用是安全地排除渗透水，增强下游坝坡的稳定性；
护坡的作用是防止波浪、冰层、温度变化、雨水和水流等对坝 坡的破坏。
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